生菜与樱桃萝卜间作气雾培栽培管理模式优化研究

张 蕾 李发秦尉 姚利军 肖 飞 于海业

(1.吉林大学生物与农业工程学院， 长春 130022； 2.吉林大学工程仿生教育部重点实验室， 长春 130022)

0 引言

营养液是气雾培中植物赖以生存的关键[12]。在气雾培研究中，营养液一直是研究的重要内容之一。目前相关研究主要针对营养液配方的改良，对于营养液管理方式的研究并不多见[13]，文献[14-15]研究表明，营养液浓度直接影响植物产量和品质，且蔬菜在不同生长时期对养分的需求也不同。可见，不同浓度营养液分阶段供应的管理模式十分必要。

近几年，针对降低蔬菜硝酸盐含量的问题，多数研究对蔬菜采收前进行短期处理，采收前的短期调控具有时间短、成本低、效果好等优点，而采收前连续补光处理是短期调控中最为有效的调控措施[16-18]。但将采收前连续补光处理与气雾培间作及营养液管理模式相结合的研究尚未见报道。

为优化生菜气雾栽培管理模式，本文以“意大利”全年耐抽薹生菜(LactucasativaL.var.ramosaHort.)为研究对象，在课题组前期研究基础上，选择生菜与“红丁”樱桃萝卜(Raphanussativus)构建间作栽培系统，以间作比、营养液浓度分阶段管理和采收前连续补光时间为处理因素，采用三因素三水平正交试验设计对3种措施进行优化[19]，利用综合评分法[20]作为多指标正交试验响应值的分析方法，并结合验证试验，确定最优栽培管理模式。

1 材料与方法

1.1 试验条件

本研究分别于2018年3月31日— 6月4日(春季)及2018年8月20日— 10月25日(秋季)开展优化试验，于2018年10月30日— 2019年1月5日(冬季)进行验证试验。试验在吉林大学南岭校区玻璃温室(43°51′5″N、125°19′51″E)内进行(图1)。温室内春季白天和夜晚温度分别为(25±5)℃和(15±5)℃，为防止光照过强，在11:00—14:00开启温室遮阳控制系统，白天光照强度范围为175～225 μmol/(m2·s)。秋季白天和夜晚温度分别为(20±4)℃和(16±4)℃，秋季光照强度范围为155～180 μmol/(m2·s)。冬季白天和夜晚温度分别为(18±4)℃和(12±4)℃，冬季光照强度范围为150～180 μmol/(m2·s)。

图1 栽培试验Fig.1 Experiments in cultivation

1.2 栽培管理

营养液大量元素采用日本园试配方，微量元素采用霍格兰德通用配方。所有试验单元每天傍晚测试并调节pH值一次，保持pH值在5.8～6.2；不同试验单元按照各自营养液浓度要求，每天傍晚测试并调节电导率(Electrical conductivity, EC)一次，控制各处理的初始浓度在±100 μS/cm的范围内。移栽后，栽培周期30 d，划分为3个生长阶段：定植第1～10天为前期，第11天至采收前一周为中期，采收前一周至第30天为后期。试验气雾栽培箱尺寸为53 cm×37 cm×23 cm，每箱可种植12株植株，株距为12 cm。设置循环喷雾定时器，白天每间隔15 min喷施15 min，夜间每间隔45 min喷施5 min。

1.3 试验方案

3个试验因素分别选择生菜与樱桃萝卜间作比A(植株数量比)；营养液浓度分阶段管理模式B，每个试验单元总营养液均为20 L，试验组按照3个生长阶段逐次添加6、8、6 L的营养液，对照组从试验开始，一次性加入20 L营养液；采收前补光处理时间C，补光的光照强度控制在175～185 μmol/(m2·s)。不同因素各设定3个水平如表1所示。每轮试验采用三因素三水平L9(34)正交表[20]，设置如表2所示的10个处理，每个处理重复3次，共30个试验单元。其中，处理10为生菜单作，营养液为传统供液方式，采收前不补光处理作为对照组。

表1 试验因素水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal test

注：s代表营养液，s前的数字代表营养液浓度倍数，“∶”分隔的3个部分代表3个生长阶段，下同。

表2 正交试验方案Tab.2 Scheme of orthogonal test

1.4 测量指标及方法

为减少人为干扰对栽培系统蔬菜生长发育的影响，30 d栽培周期结束后，统一采收并测量相关指标，各指标为每个试验单元随机选取3株生菜测量的平均值。

(1)鲜质量：称量法。

(2)干质量：先将生菜叶片(地上部分)放入85℃真空干燥箱(DZF-6050型，上海)干燥至恒质量，再采用电子天平(ME104E型，瑞士)进行称量。

(3)最大叶面积：利用叶面积仪(Yaxin-1242型，北京)测量每株植株最大的3片叶片的单叶面积，然后求和取其平均值，用其平均值表示生菜每株最大叶面积。

(5)可溶性糖含量：利用蒽酮与糖[22]反应后进行比色测定，选取生菜植株整株叶片洗净，用滤纸吸干水分后将叶片剪碎混匀，称取0.5 g作为一个样本，每株植株重复3个样本。

(6)可溶性蛋白含量：利用考马斯亮蓝G-250与蛋白质结合后[21]进行比色测定，选取生菜植株整株叶片洗净，用滤纸吸干水分后将叶片剪碎混匀，称取0.1～0.3 g作为一个样本，每株植株重复3个样本。

1.5 数据分析与计算

采用SPSS Statistics 22.0、Minitab 19、Origin 2019 进行数据分析与作图。

2 结果与分析

2.1 不同组合处理对生菜生长的影响

如表3所示，与处理10相比，不同组合处理下生菜鲜质量和叶面积均高于处理10，其中，鲜质量最高增加了34.54 g/株，最大叶面积最高增加了76.9 cm2/株；除处理9的生菜干质量略低于对照组外，其他试验组均高于对照组。可见，间作比例过大，营养液前、后期氮钾浓度过低对生菜干物质的积累产生影响，这与张小明等[7]和王军君等[23]的研究结果相符。

表3 不同组合处理生菜生长指标试验结果Tab.3 Results of test on growth index of lettuce

注：不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著，下同。

生菜鲜质量、干质量及叶面积均属于正向指标[24]，利用宋明顺等[25]所述的均值化法计算生菜生长指标各因素响应值的均值与极差，结果如表4所示。因素A、B的优水平均为A2、B2，因素C的优水平因季节的变化存在差异，在春、秋季节其优水平分别为C2、C3。对各因素响应值进一步进行方差分析，得出试验因素B对生菜生长指标影响最显著，其P值均小于0.001；因素A为显著因素，其P值均小于0.05；而因素C在春季不显著，其P值大于0.05，而在秋季显著，其P值小于0.01。因此，对于生长指标而言，最主要因素为因素B，其最优的气雾培栽培管理模式为处理5，即组合A2B2C3。

表4 生菜生长指标正交试验均值响应Tab.4 Average response of orthogonal test on growth index of lettuce

2.2 不同组合处理对生菜品质的影响

如表5所示，与处理10相比，不同组合处理下生菜叶片硝酸盐含量均有所下降，可溶性糖含量、可溶性蛋白含量则均有所增加。春、秋季生菜叶片硝酸盐含量最高分别降低了1 299.44、1 528.54 mg/kg，可溶性糖含量最高分别增加了1.02、1.27个百分点，可溶性蛋白含量最高分别增加了1.53、2.13 mg/g。

表5 不同组合处理生菜品质指标试验结果Tab.5 Intuitive analysis on quality index of lettuce

可见，不同间作气雾培处理对提高生菜品质具有促进作用，这与贺志文等[26]和 BIAN等[27]的研究结果相符。

生菜叶片可溶性糖和可溶性蛋白含量属于正向指标，生菜叶片硝酸盐含量属于逆向指标，对逆向指标正向化后[24]，利用宋明顺等[25]所述的均值化法计算生菜品质指标各因素响应值的均值与极差，结果如表6所示。生菜的品质指标极差均为因素C最大，因素A、B极差相差不大，因素A、B、C的优水平为A2、B2、C3；对各因素响应值进一步进行方差分析，得出试验因素C均对生菜品质指标影响最显著，其P值均小于0.001，因素A、B皆为显著因素，其P值范围为0.001～0.05。因此，对于生菜品质指标而言，最主要因素为因素C，其最优的气雾培栽培管理模式为处理5，即组合A2B2C3。

3 验证试验

为验证正交试验优化结果，对最优栽培组合模式处理5(T)，并以生菜单作作为对照试验(CK)进行栽培试验。每处理重复3箱，30 d栽培周期结束后，统一采收并测量相关指标，试验结果如图2所示。可以看出，最优栽培组合模式下生菜生长指标和品质指标均有明显的优势，其生菜生长指标(鲜质量、干质量、最大叶面积)分别平均提高了36.82%、42.34%、31.69%，品质指标中可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分别平均提高了49.48%、24.84%，硝酸盐含量平均降低了41.97%。因此，验证试验结果显示，优化效果明显，该组合栽培管理模式下栽培的生菜具有高产优质，且可显著降低生菜叶片硝酸盐含量等优点。

表6 生菜品质指标正交试验均值响应Tab.6 Average response of orthogonal test on quality index of lettuce

图2 验证试验结果Fig.2 Results of verification test

4 讨论

生长指标中，生菜叶片所有指标均存在显著性差异，说明此种优化模式对生菜生长有显著的影响。本研究在东北地区日光温室中进行，其环境因素因季节的变化差异显著，尤其是光照和温度，导致本研究中春季、秋季和冬季生菜生长指标表现出明显的差别，这与方舒玲等[32]和LEE等[33]的研究结果相符。本试验中春季和秋季优化的栽培模式结果几乎一致，因素A、B差异显著且优水平为A2、B2，因素C在春季差异不显著而秋季差异显著，但春季和秋季因素C均不是正交优化中的最主要因素。这可能与东北地区日光温室内春季和秋季光照不同有关，东北地区日光温室秋冬季受弱光胁迫，对蔬菜光合、产量等产生影响，而弱光下补光措施对植物更加敏感，这与王双喜等[34]的研究相符。品质指标中，生菜叶片对采收前补光处理时间C这一因素表现出极显著差异，其优水平为采收前补光48 h，即C3。说明采收前补光这一措施对生菜品质的影响更大，这与BIAN等[27]的研究一致，并且间作比A和营养液浓度分阶段管理模式B这两因素皆为生菜生长和品质的显著因素，且优水平均为A2和B2。因此，本研究的优化组合为A2B2C3。

5 结论

(2)春秋两季分别开展正交试验，通过将结果转换为综合评价分数，从而建立基于多指标正交试验的综合评价模型，并确定了试验最优方案为A2B2C3因素水平组合，即生菜与樱桃萝卜间作比为2，前期供应0.5倍标准浓度营养液、中期供应标准浓度营养液、后期供应0.5倍标准浓度营养液，采收前连续补光48 h，此组合处理下的栽培管理模式效果显著。